固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための方法および装置

专利摘要:
本発明は、固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための方法および装置に関する。本発明はさらに、処理ガスによって、反応炉特に流動化領域において、温度を上げて粒子状の投入物質を処理するための方法に関する。盲穴状の管突出部によって、固体を含むガスから固体粒子を分離することが可能である。
公开号:JP2011506901A
申请号:JP2010538481
申请日:2008-12-19
公开日:2011-03-03
发明作者:ゲオルグ・アイヒンガー；ハーラルト・バウエルンファイント；ヨハン・ヴルム
申请人:シーメンス・ファオアーイー・メタルズ・テクノロジーズ・ゲーエムベーハー・ウント・コ；
IPC主号:F27D17-00

专利说明:

[0001] 本発明は、固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための方法および装置に関する。本発明はさらに、処理ガスによって、反応炉特に流動化領域において、温度を上げて粒子状の投入物質を処理するための方法に関する。]
背景技術

[0002] 微粒子状の材料を処理するための反応炉から取り出された、固体を含む処理ガスが、たとえばサイクロンのような分離装置に供給されることは、特許文献１から知られている。たとえば流動床のような流動化領域におけるプロセスによって、固体が処理ガスとともに取り出される。サイクロンにおいて、当該固体は処理ガスから分離され、固体は再び反応炉に戻される。その際不利なのは、固体が反応炉に戻る際に、大きな粒子が投入装置を詰まらせかねないということである。]
先行技術

[0003] 欧州特許出願公開第1397521号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0004] それゆえ本発明の課題は、固体を含むガスからの固体の確実な分離を可能にし、かつ、従来技術の上述の欠点を回避する方法と装置とを提供することである。]
課題を解決するための手段

[0005] 本発明に係る課題は、請求項１の特徴部分に記載の、粗分離のための本発明に係る装置と、請求項１０の特徴部分に記載の、粗分離のための方法とに応じて解決される。]
[0006] 本発明に係る装置によって、固体を含むガスから固体が分離され得る。固体はしばしば、粒子状の材料を還元するために用いられる反応炉から、処理ガスとともに流出する。特に流動化領域の駆動の際に、固体が処理ガスとともに取り出されることが知られている。当該固体は処理ガスから分離されなくてはならず、反応炉に改めて戻されてよい。流動化領域によって、取出しが非常に強くなることがあり、その際、より大きな固体粒子も引き込まれる。本発明に係る装置によって、反応炉から取り出されたもしくは投げ出された固体粒子は、盲穴状の管突出部に運ばれるが、ガスはアーチ型のドレーン管に流れる。それによって、粗い固体粒子がガスとともに流れ出るのが回避される。当該粗い固体粒子は、実質的に垂直にあるいは傾斜して設けられた供給管内に留まり、その結果粗分離が直接的に行われる。その際有利なのは、本装置が可動部分なしで済ませることと、固体粒子が確実に供給管に留まることである。本発明に係る装置によって、固体粒子特に粗い粒子が取り出されるのが大幅に回避され、その結果固体を含むガスのさらなる処理の際に、固体粒子による問題は生じない。]
[0007] 好ましい実施形態に従えば、少なくとも部分的にアーチ型になっているドレーン管の、供給管での位置は、管突出部の長さがアーチ型ドレーン管の高さにほぼ相当するよう、選択される。管突出部の長さを適合させることによって、固体粒子が到達する空間を、たとえば駆動圧力のような駆動パラメータに従って適合させることができる。固体を含むガスの流速と体積流量とに応じて、管突出部の長さが確定される。アーチ型ドレーン管によって流れの抵抗が影響を受けるため、管突出部の長さがドレーン管の高さにほぼ相当すれば、有利な解決法であることが明白となった。]
[0008] さらなる好ましい実施形態に従えば、管突出部の長さは供給管の内径のほぼ０.３倍から３倍、特に０.５倍から１倍に相当する。内径と長さとの組み合わせによって、固体粒子の大きさに応じて、広範囲にわたる粗分離を達成することができる。その際、固体粒子の慣性が利用される。]
[0009] 本発明に従えば、円弧の形あるいは真っ直ぐなセグメントから構成されるアーチの形をしたアーチ型ドレーン管のカーブは、アーチ型ドレーン管の内径のおよそ３倍から５倍の半径を有する。当該実施形態は、流れの特性と、方向転換によって結び付けられる圧力低下とに関して、有利であることが明らかとなった。選択的に、複数のセグメントによってアーチ型を構成することが可能である。これは、円弧型に対してコストがかからない選択肢である。]
[0010] 本発明に係る装置の特別な形態に従えば、供給管の内径とアーチ型ドレーン管の内径とは、ほぼ同じである。それによって内部の流れの断面はほぼ一定であり、その結果装置における圧力低下も軽微に保つことができる。これは、固体を含むガスを処理するための、後続のアセンブリに関しても、有利である。]
[0011] 本発明に係る装置の有利な形態に従えば、供給管の断面および／あるいはアーチ型ドレーン管の断面は円形であり、当該管は、盲穴状の突出部がアーチに合流する領域において、補強のためにリブを備える、平らな壁部分を有している。円形の断面によって、装置において流れの抵抗が、有利なことに小さなものになる。アーチの領域には、盲穴状の突起部によって、２つの平らな壁部分ができる。当該平らな壁部分は、圧力を印加される管の形態において、リブの構造によって補強される。]
[0012] 本発明に係る装置のさらなる可能な形態では、盲穴状の管突出部の蓋は、供給管の軸に対して水平におよび／あるいは標準的に設けられている平らな内部表面を有しているか、あるいはくぼんだ底面あるいは球面キャップあるいは似たようなものに相当する、弓形に膨らんだ表面を有している。くぼんだ底面とは、縁に近いより小さなカーブと、中央部のより大きなカーブとを有するドーム型と理解されてよい。]
[0013] 供給管は、垂直あるいは傾斜して設けられてよく、もしくは、方向転換を強めるために、Ｓ字型に形成されていてもよい。]
[0014] 固体微粒子は、流動化領域を有する反応炉から、しばしば非常に高速で、反応炉からの処理ガスとともに取り出されもしくはまた投げ出される。それによって当該固体微粒子は、部分的に速い速度で管突出部の蓋にぶつかって当該蓋から跳ね返され、その結果固体微粒子は供給管を介して、重力によって再び反応炉に到達する。流動化領域を有する多くの反応炉の特性によって、固体微粒子は持続的にではなく、特定の圧力条件の下でのみ、投げ出される。それによって確実に、取り出された固体微粒子は供給管と管突出部とにのみ到達し、もしくは再び反応炉に落ちて戻る。そのために、本発明に係る装置を反応炉の上方に設けるのが通常である。]
[0015] 本発明に従えば、前浄化されたガスを冷却するために、前浄化されたガスに冷却ガス流を導入するための接続部が、ドレーン管に備えられている。これによって一方では、装置に従ってガスを目的の温度に調整し、それによって固体を含むガスのさらなる処理の準備をすることができる。]
[0016] 本発明に係る装置の特別な形態に従えば、供給管において、アーチ型ドレーン管の領域に、内部の清掃特に堆積物の除去のために、閉鎖可能な開口部が備えられている。固体を含むガスが熱い場合に装置を使用すると、堆積物もしくは粘結物が生じかねない。開口部によって、内部の清掃もしくは当該粘結物の除去が容易に可能であり、さらに装置の点検を行うことができる。]
[0017] 固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための、本発明に係る方法は、簡単なコンセプトによって優れている。本発明に係る装置の供給管を介して、端側で固体を含むガスが供給される。供給管は、その別の端側で、蓋によって閉鎖されている。供給管のアーチ型ドレーン管は、固体粒子を受容するための盲穴状の管突出部が形成されるよう、設けられており、供給管に投入された固体は、その慣性によって管突出部に運ばれ、その際少なくとも部分的にガスから分離される。ガスは、残った固体とともにドレーン管を介して排出される。それによって非常に細かな固体粒子だけが、ガスとともにアーチ型ドレーン管に達し、その結果固体の大部分は供給管に留まる。しかし、とりわけ本方法によって達成されるのは、粗い固体粒子は、ガスとともにドレーン管には達しないということである。これは根本的な利点である。なぜなら、後続の、ガスの処理ステップにおいて、とりわけ粒の大きさが５〜１０ｍｍ以上の固体粒子は深刻な問題を引き起こしかねないからである。その際有利なのは、慣性を利用することによって固体粒子が分離され、その結果方向転換あるいは手間のかかる方法ステップはまったく必要ないことである。]
[0018] 本発明に係る方法の特に有利な形態に従えば、管突出部において分離された固体は、重力によって、供給管を介して再び取り出される。このような極めて簡単な解決法は、分離された固体粒子の確実な搬出をもたらすのみならず、搬出のための対応する装置を不必要にする。]
[0019] 本発明に係る方法の可能な形態では、分離された固体が供給管を介して取り出される間、管突出部内の固体の降下速度は、供給管内の固体を含むガスの速度よりも大きいことになっている。ゆえに固体の降下速度がガスの速度よりも大きい間は、固体粒子は供給管を通って取り出され得る。]
[0020] 本発明に係る方法のさらなる形態では、分離された固体は、管突出部の蓋で跳ね返され、供給管に投げ戻される。ガスもしくは固体粒子の速度が高速の場合、粒子は高速で蓋にぶつかり、再び供給管に戻って落ちる。]
[0021] 本発明に係る方法の形態に応じて、冷却のために、前浄化されたガスに冷却ガス流が加えられる。粗分離が行われた後、前浄化されたガスは、さらなる処理のために温度を調節され得る。これは冷却ガス流を混合することによって行われ、その結果たとえば非常に高温のガスを冷却することができる。]
[0022] 本発明に係る方法の有利な形態に従えば、前浄化されたガス内に残った固体は、さらなる分離装置において分離される。すでに前もって行われた粗分離と、場合によってはガス温度の低下とによって、ガスは、後続する分離装置のために最適に準備され得、その結果分離装置はできる限り高い効率と、障害のない駆動とを達成する。特にサイクロン分離器を使用する際には、ガスが高温の場合温度を対応して下げる必要があり、かつ特定の流速を維持する必要がある。その際、あらかじめ行われた粗分離によって、粗い固体粒子は確実に分離され、充分速い流速が維持され続け、その結果サイクロンあるいは他の分離装置において最適な分離が達成される。]
[0023] 本発明に係る課題はさらに、請求項１６の特徴部分に記載の、粒子状の投入物質を処理するための、本発明に係る方法に応じて解決される。]
[0024] 粒子状の投入物質、特に粉鉱を処理するための、本発明に係る方法は、処理ガスによって、反応炉特に流動化領域において、かつ温度を上げて行われる。固体を含む処理ガスは、爆発のような経過をも有する反応炉での反応によって、反応炉から取り出され、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置に供給される。]
[0025] 流動化領域の駆動に際して知られているのは、粉塵や小さな固体粒子だけでなく、粒の大きさが５〜１０ｍｍ以上のより大きな粒子も反応炉から投げ出されることになりかねない圧力ピークが、反応炉内で繰り返し起こることである。そのような粒子は、障害の原因となり得る。なぜなら、粘結物や堆積物、また流れの断面の減少へと至り、詰まらせる状態にまで至りかねないからである。本発明に係る方法は、当該問題点を回避する。]
[0026] 固体を含む処理ガスは供給管を介して供給され、その際供給管に投入された固体は、その慣性によって管突出部に運ばれ、少なくとも部分的に処理ガスから分離される。前浄化された処理ガスは、ドレーン管を介して排出される。管突出部内で分離された固体は、重力によって供給管を介して再び反応炉に送られる。それによって確実に、たとえば粉鉱あるいはまた粉鉄鉱石のような、投げ出された固体粒子による損失を軽微に保つことができる。]
[0027] 本発明に係る方法の特に有利な形態に従えば、前浄化された処理ガス内に残った固体は、さらなる分離装置において分離され、当該固体は噴射装置を介して反応炉に戻される。それによって、処理ガスとともに取り出された、ほとんどすべての固体粒子が反応炉に戻され、プロセスに戻されることが可能である。たとえば鉱石のような資源の損失を、それによって非常に軽微に保つことができる。]
[0028] 本発明に係る方法の特に有利なさらなる形態に従えば、当該方法は還元法である。還元法においては、たとえば鉱石あるいは鉄鉱石のような、処理ガスとともに取り出された、部分的にもしくは大幅に還元された材料によって、著しい損失がもたらされかねない。なぜなら資源すなわち還元された材料は、再び手間をかけて処理され、改めて投入されなくてはならないからである。これは、本方法によって大幅に回避され得る。]
[0029] 本発明は、可能な形態の例で、詳細に記述される。]
図面の簡単な説明

[0030] 可能な形態における、粗分離するための本発明に係る装置である。
材料を熱冶金的に処理するための反応炉の上方にある、本発明に係る装置の構造である。
傾斜して設けられた供給管を有する、材料を熱冶金的に処理するための反応炉の上方にある、本発明に係る装置の構造である。]
実施例

[0031] 図１は、実質的に垂直に設けられた供給管１を示しており、当該供給管１は、管で、固体を含むガスの発生装置と接続されている。通常の構造では、供給管１を有する装置は、そのような発生装置(反応炉８、図２参照)の上方に設けられることになっている。たとえば還元法あるいはその他の熱冶金法といった多くの冶金法では、微粒子が、方法のプロセスガス(処理ガス)とともに発生する。当該微粒子は、粒子の大きさが小さいと、特に、しばしば生じるような速いガス速度の場合に、ガス流とともに引き込まれる。たとえば知られているのは、流動化領域に基づく流動床法では、速いガス速度と結びついた、爆発のような動きが、流動化領域において繰り返し起こるということである。この動きは、管を介して処理ガスの取り出しをもたらし、その結果さらなる処理に手間がかかり、コストの大きな、固体を含むガスＧが発生する。流動化領域を有する反応炉から固体粒子が取り出される場合、固体を含むガスＧは、供給管１を介して、本発明に係る装置に入る。その際固体粒子は、管突出部５によって形成された、盲穴状の空間に投げ入れられる。固体粒子の慣性によって、固体粒子の大部分は管突出部５に留まり、アーチ型ドレーン管２に到達しない。] 図１ 図２
[0032] 管突出部に残った固体粒子は、当該固体粒子が投げ出されてきた反応炉に、重力によって供給管を介して、再び戻る。それゆえ、本装置から分離された固体粒子を取り出すための装置は、まったく必要ない。]
[0033] ドレーン管２は、ガスが妨げられずに流れることができるようにするため、供給管１に合流する領域においてアーチ型に形成されている。アーチ型ドレーン管２は、さらなる処理装置と接続できるようにするために、ドレーン管２の自由な端部で任意に形成されてよい。]
[0034] 図２に従えば、アーチ型ドレーン管は、たとえばサイクロン９のようなさらなる分離装置と接続されていてよい。それによって、粗分離と後続の細分離と、場合によっては、第２段階で分離された固体粒子の反応炉への戻しとを有する、少なくとも２段階の分離が達成される。通常は、すでに前分離において前浄化されたガスに、冷却ガスが接続部６を介して導入され、対応するようガスの温度が適合、たいていは冷却される。図２において示されているように、複数の本発明に係る装置が、反応炉８に接続されて設けられてよい。] 図２
[0035] 有利なことに、供給管１は、アーチ型ドレーン管２の領域に、閉鎖可能な開口部７を備えている。当該開口部７によって、装置の内部に到達することが可能となり、内部の清掃ができる。固体を含むガスが多量の場合、ガスが送られている装置内に堆積物あるいは粘結物が生じる。開口部７によって、堆積物の容易な除去もしくは装置の監視が可能である。]
[0036] 粗分離するための装置の、固体を含むガスの発生装置ごとの数は、必要に応じて確定される。技術上通常の反応炉は、４から８の、粗分離するための装置を装備されていてよい。図２は、垂直の供給管１と垂直の盲穴状の突出部５とを有する反応炉８に連結した、傾斜した管連結部１０を示している。しかし突出部５は、管連結部１０の軸方向の延長上に延在してもよい。] 図２
[0037] サイクロン９で分離された固体粒子１１は、図示されていない噴射装置を介して反応炉に戻されてよい。]
[0038] 図３に従えば、供給管１は傾斜して設けられており、その結果Ｓ字型の管が反応炉から装置にもたらされ、方向転換をさらに強めることができる。] 図３
[0039] １供給管
２ドレーン管
３ 端側
４ 蓋
５ 管突出部
６ 接続部
７ 開口部
８反応炉
９サイクロン
１０管連結部
１１ 分離された固体粒子
Ｇ ガス]

权利要求:

請求項1
特に、処理ガスによって粒子状の投入物質を処理するための反応炉からの、固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための装置であって、実質的に垂直にあるいは傾斜して設けられた供給管(１)と、少なくとも部分的にアーチ型になっているドレーン管(２)とを有し、場合によっては、残った固体を前浄化されたガスから分離するための分離装置と接続可能な装置において、固体を含むガス(Ｇ)が、前記供給管を介して一方の端側(３)で供給可能であり、かつ前記供給管はその他方の端側で蓋(４)によって閉鎖されており、前記アーチ型ドレーン管(２)は、固体粒子を受容するための盲穴状の管突出部(５)が形成されるよう、前記供給管(１)に設けられていることを特徴とする装置。
請求項2
前記アーチ型ドレーン管(２)の、前記供給管(１)での位置は、前記管突出部(５)の長さが前記アーチ型ドレーン管(２)の高さにほぼ相当するよう、選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
請求項3
前記管突出部(５)の長さは、前記供給管(１)の内径のほぼ０.３倍から３倍、特に０.５倍から１倍に相当することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
請求項4
円弧の形あるいは真っ直ぐなセグメントから構成されるアーチの形をした前記アーチ型ドレーン管(２)のカーブは、該アーチ型ドレーン管(２)の内径のおよそ３倍から５倍の半径を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
請求項5
前記供給管(１)の内径と前記アーチ型ドレーン管(２)の内径とは、ほぼ同じであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
請求項6
前記供給管(１)の断面および／あるいは前記アーチ型ドレーン管(２)の断面は円形であり、前記管は、盲穴状の前記突出部がアーチに合流する領域において、補強のためにリブを備える、平らな壁部分を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
請求項7
盲穴状の前記管突出部(５)の前記蓋(４)は、前記供給管(１)の軸に対して水平におよび／あるいは標準的に設けられている平らな内部表面を有しているか、あるいはくぼんだ底面あるいは球面キャップあるいは似たようなものに相当する、弓形に膨らんだ表面を有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
請求項8
前浄化されたガスを冷却するために、該前浄化されたガスに冷却ガス流を導入するための接続部(６)が、前記ドレーン管に備えられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
請求項9
前記供給管において、前記アーチ型ドレーン管の領域に、内部の清掃特に堆積物の除去のために、閉鎖可能な開口部(７)が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
請求項10
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置において、特に、処理ガスによって粒子状の投入物質を処理するための反応炉からの、固体を含むガスから固体粒子を粗分離するための方法において、固体を含むガスが、供給管を介して一方の端側で供給され、かつ前記供給管はその他方の端側で蓋によって閉鎖されており、アーチ型ドレーン管は、固体粒子を受容するための盲穴状の管突出部が形成されるよう、前記供給管に設けられており、該供給管に投入された固体は、その慣性によって前記管突出部に運ばれ、その際少なくとも部分的にガスから分離され、かつガスは残った固体とともに前記ドレーン管を介して排出されることを特徴とする方法。
請求項11
前記管突出部において分離された固体は、重力によって、前記供給管を介して再び取り出されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
請求項12
分離された固体が前記供給管を介して取り出される間、前記管突出部内の固体の降下速度は、前記供給管内の固体を含むガスの速度よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
請求項13
分離された固体は、前記管突出部の前記蓋で跳ね返され、前記供給管に投げ戻されることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
請求項14
冷却のために、前浄化されたガスに冷却ガス流が加えられることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
請求項15
前浄化されたガス内に残った固体は、さらなる分離装置において分離されることを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
請求項16
温度を上げて、反応炉特に流動化領域において、処理ガスによって、粒子状の投入物質特に粉鉱を処理するための方法であって、固体を含む処理ガスが反応炉から取り出され、かつ請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置に供給される方法において、固体を含む処理ガスは供給管を介して供給され、該供給管に投入された固体は、その慣性によって管突出部に運ばれ、少なくとも部分的に処理ガスから分離され、前浄化された処理ガスはドレーン管を介して排出され、かつ前記管突出部内で分離された固体は、重力によって前記供給管を介して再び反応炉に送られることを特徴とする方法。
請求項17
前浄化された処理ガス内に残った固体は、さらなる分離装置において分離され、当該固体は噴射装置を介して反応炉に戻されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
請求項18
本方法は還元法であることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の方法。